枸杞变温压差膨化干燥工艺优化研究

贾文婷，赵强文，杨 慧，吴洪斌，吴 宏，金新文*

（1.新疆农垦科学院 农产品加工研究所，农产品加工重点实验室，新疆 石河子 832000；2.玛纳斯县旱卡子滩乡 农业技术推广站，新疆 昌吉 832200）

0 引言

枸杞是茄科植物枸杞的浆果，传统医学认为枸杞具有润肺、清肝、滋肾、益气、生精、助阳、补虚劳、强筋骨、怯风骨、明目等功能[1-2].

枸杞是新疆地区非常具有优势特色的林果产品.目前，新疆地区枸杞除极少量鲜食外，大部分用于制干加工，另外还有少量用于枸杞饮料、枸杞酒等的生产[3-4].从总体上看，附加值较高、增值空间较大的深加工产品所占比重较小，一些先进技术如变温压差膨化干燥技术等，尚未在新疆特色果蔬上得到应用，发展潜力较大.

近几年，变温压差膨化干燥技术逐渐兴起，作为一种新型的干燥技术，它具有环保、节能的优点，适用于生产非油炸型果蔬脆片.这种新型的果蔬干燥方式结合了热风干燥和真空冷冻干燥的优点，同时克服了油炸的缺点，在果蔬干燥中具有十分广阔的应用前景[5-6].但由于影响果蔬变温压差膨化干燥的因素很多，膨化前原料的预干燥水分含量、膨化温度和抽真空时间等重要参数对产品品质的影响尚未完全摸清，有待进一步研究.

1 材料与方法

1.1 材料与仪器设备

新鲜枸杞：购自新疆石河子市农贸市场.

智能型电热恒温鼓风箱：DHG-9070B，上海琅玕实验设备有限公司；顶开式转换型冷藏冷冻柜：BC/BD-560FA，青岛澳柯玛股份有限公司；真空包装机：DZ-500/2s，山东省诸城市海诺机械有限公司；水分快速测定仪：MB45，美国奥豪斯；色彩色差仪：CR-400，柯尼卡美能达；物性分析仪：TMSPro，美国FTC 公司；变温压差膨化干燥设备：QDPH-20 型，天津勤德新材料科技有限公司.

果蔬变温压差膨化干燥设备简图见图1.

图1 果蔬变温压差膨化干燥设备简图Fig.1 Explosion puffing drying equipment for fruits and vegetables on modified temperature and pressure

1.2 试验方法

1.2.1 工艺流程

挑选原料→清洗→预干燥→除去不可食部分→回软→变温压差膨化干燥→冷却→充氮气包装.

1.2.2 操作要点

(1)原料的选择:选择新鲜、饱满且色泽鲜艳的枸杞.

(2) 清洗:用流动水清洗枸杞表面的灰尘和杂质.

(3)预干燥:采用热风干燥，干燥温度60 ℃，预干燥至枸杞含水率在20%～40%.

(4)除去不可食部分：用鼓风机吹走枸杞叶片和杂质.

(5)回软:将预干燥好的枸杞装入密封袋，放置于0～4 ℃条件下回软12 h.

(6)包装：采用充氮气包装，避免产品回潮.

1.3 检测方法

1.3.1 含水率的测定

采用GB/T 5009.3—2003 直接干燥法[7].

1.3.2 脆度的测定

采用质构仪.球型探头，测试前速率6.0 mm/s，测试速率4.0 mm/s，测试后速率2.0 mm/s，测试距离4.0 mm，测试时间60 s，数据采集速度400 次/s.产品的脆度由测试峰数的多少来表示，峰数越多，产品的脆度越好[8].

1.3.3 色泽的测定

采用色彩色差计.用白板校正仪器，测量样品的明度指数L*.L*表示明暗，其值越大，产品的亮度越好，它能间接地反映产品色泽的好坏[9].

1.4 试验设计

选取原料预干燥后含水率（X1）、膨化温度（X2）及抽真空时间（X3）作为自变量，产品的脆度（Y1）、水分含量（Y2）及色泽（Y3）作为因变量，其他工艺参数固定为：膨化时间30 min，抽空温度50 ℃，膨化压力差0.2 MPa.根据前期单因素试验的结果，确定最佳值，将其编码值设定为0 水平，进行三因子二次回归正交旋转组合试验，各因子的水平设置及编码值见表1.

表1 因素与水平编码Table 1 Coding of factors and levels

1.5 统计分析

采用Design expert 8.0.6 对试验数据进行处理分析.

2 结果与分析

2.1 试验方案及结果

取新鲜枸杞干燥至不同含水率，在冰箱内回软12 h 后均匀地摆放于托盘上，放入膨化罐内，关闭罐门，在控制面板上设置好膨化温度，之后通入蒸汽对管道进行加热，当升至所需的膨化温度时开始计时，加热30 min 后，开启泄压阀，原料瞬间被抽真空，将抽空温度降至50 ℃，在此温度下抽真空处理60～120 min，然后关闭泄压阀，停止抽真空，同时关闭蒸汽加热，通入冷却循环水将温度降至25～30 ℃，维持10 min，让产品定型，之后打开常压阀，待压力恢复到常压状态后打开膨化罐舱门，取出样品.测定膨化产品的脆度、水分含量和色泽，其结果见表2.

表2 试验设计及结果Table 2 Experimental designs and results

2.2 回归方程及参数分析

采用Design expert 8.0.6 对表2 的数据进行分析，得到X1、X2、X3编码值与Y1、Y2、Y3编码值之间的多元二次回归方程式，如式（1）—（3）所示.

分析多元二次回归方程式的回归系数与变量，结果见表3.

表3 二次回归方程的回归系数及变量分析Table 3 Regression coefficients and variable analysis of quadratic regression equations

从表3 可以看出，所有方程的决定系数R2均大于0.9，说明自变量与应变量之间的多元回归关系显著，因此该试验的结果具有意义且误差较小[10].通过对表3 的分析可知，影响Y1的主次顺序为X3＞X1＞X2，其中X1、X3极显著，X2显著；影响Y2的主次顺序为X3＞X1＞X2，其中X3极显著，X1、X2显著；影响Y3的主次顺序为X3＞X1＞X2，其中X3极显著，X1、X2不显著.

2.3 优化试验的响应面分析

利用专业数据分析软件，依次输入试验结果，固定其中1 个因素为0 水平，得到其他2 个因素的回归方程及响应面图.得出的交互效应方程如式（4）—（12）所示.

2.3.1 3 个因素对膨化产品脆度的影响

预干燥含水率、膨化温度及抽空时间对膨化产品脆度的影响如图2 所示.从图2（a）可以看出，当X3编码值一定时，Y1随X1的增大呈缓慢减小趋势，随X2的升高呈增大趋势，到最大值时，又开始降低；从图2（b）可以看出，当X2编码值一定时，Y1随X1的增大呈减小趋势，随X3的增大呈单调递增趋势；从图2（c）可以看出，X2与X3交互作用显著，Y1随X2、X3的增大而升高.综合分析这可能是因为产品预干燥含水率越大，膨化产品的脆度越小，随膨化温度和抽空时间的升高，产品的脆度逐渐增大，膨化温度和抽空时间到达一定高度时，产品发生焦糊硬化，最终脆度降低.

图2 三因素对膨化产品脆度的影响Fig.2 Effect of three factors on the crisp of explosion puffed products

2.3.2 3 个因素对膨化产品水分含量的影响

预干燥含水率、膨化温度、抽空时间对膨化产品水分含量的影响如图3 所示.从图3（a）可以看出，当X3编码值一定时，Y2随X1的增大呈升高趋势，随X2的增大呈先降低后升高的趋势；从图3（b）可以看出，当X2编码值一定时，Y2随X1的增大而增大，随X3的增大而减小；从图3（c）可以看出，当X1编码值一定时，Y2随X2的增大呈先下降后上升趋势，随X3的增大呈先下降后升高的趋势.综合分析得出，产品预干燥含水率越高，最终膨化产品的水分含量越高；随膨化温度的上升和抽空时间的延长，膨化产品水分含量呈逐渐降低的趋势，这是因为物料在膨化过程中，细胞中的水分逐渐转变为水蒸气，物料中的水分含量不断减少[11].

图3 三因素对膨化产品水分含量的影响Fig.3 Effect of three factors on water content of explosion puffed products

2.3.3 3 个因素对膨化产品色泽的影响

预干燥含水率、膨化温度、抽空时间对膨化产品色泽的影响如图4 所示.从图4（a）可以看出当X3编码值一定时，Y3随X1的增大无显著变化，随X2的增大呈先升高后降低的趋势；从图4（b）可以看出，当X2编码值一定时，Y3随X1的增大无显著变化，随X3的增大而增大，到一定编码值时，又逐渐降低；从图4（c）可以看出，当X1编码值一定时，X2与X3的交互作用显著，Y3随X2、X3的增大呈先上升后下降趋势，在较低编码水平上有交互最小值.通过以上分析得出，随着预干燥含水率的上升，产品的色泽无显著变化.随着膨化温度的升高，产品的L*值先上升后下降，这可能是因为过高的温度会造成产品糊化，使L*值降低.随抽空时间的不断延长，产品L*值呈上升趋势，达到最大值后又开始下降.

图4 三因素对膨化产品色泽的影响Fig.4 Effect of three factors on the color of explosion puffed products

3 讨论与结论

（1）本试验中，二次回归方程的决定系数R2值接近1，说明方程对试验的拟合程度较高，试验误差较小，精确度较高；方程中自变量与应变量之间的多元回归关系显著，说明该模型对本试验有意义[12-14].

（2）通过响应面分析得出结论：在试验设定的范围内，随产品预干燥含水率的升高，脆度降低，水分含量增加，代表产品色泽的明度指数L*值无显著变化；随膨化温度的升高，产品的脆度增加，水分含量降低，L*值先上升后下降；随抽空时间的增加，产品脆度增大，水分含量降低，L*值上升.根据感官评价的优先顺序，产品色泽＞脆度＞水分含量[15]，通过专业数据软件对膨化产品的脆度Y1、水分含量Y2、色泽Y3进行优化，控制膨化产品的水分含量在7%以下，得到一系列的水平编码组合，从中选出最佳的工艺参数组合，即预干燥含水率X1=20%，膨化温度X2=66.6 ℃，抽空时间X3=120 min.

［1］贾树铭.药食同源的枸杞和山药[J].医古文知识，2000（3）:16-17.

［2］谢月英.枸杞子的药用价值及资源开发［J］.特种经济动植物，2003，8（7）:25-29.

［3］邹燕.南疆三地州特色林果业产业化发展中的问题及对策探析［J］.绵阳师范学院学报，2011（6）:42-45.

［4］薛立文，李以暖.枸杞子的营养和保健功能［J］.广东微量元素科学，2000（6）:1-4.

［5］Varnalis A I，Brennan J G，MacDougall D B.A proposed mechanism of high -temperature puffing of puffing.Part Ⅰ.The influence of blanching and drying condition on the volume of puffed cubes［J］.Journal of Food Engineering，2001，48:361-367.

［6］Andres A，Bilbao C，Fito P.Drying kinetics of apple cylinders under combined hot air microwave dehydration ［J］.Journal of Food Eng -ineering，2004，63:71-78.

［7］GB/T 8858—1988，水果、蔬菜产品中干物质和水分含量的测定方法［S］.

［8］张氽.花生蛋白挤压组织化技术及其机理研究［D］.杨凌：西北农林科技大学食品学院，2007.

［9］Nath A，Chattopadhyay P K.Optimization of oven toasting for improving crispness and other quality attributes of ready to eat potato -soy snack using response surface methodology［J］.Journal of Food Engineering，2007，80:1282 -1292.

［10］毕金峰，于静静，丁媛媛，等.响应面法优化冬枣变温压差膨化干燥工艺研究［J］.中国食品学报，2011（6）:121-128.

［11］Peleg M.A mathematical model of crunchiness/crispness loss in breakfast cereals［J］.Journal of Texture Studies，1994，25:403-410.

［12］Sullivan J F，Craig J C.The development of explosion puffing［J］.Food Technology，1984，38（2）:52-55.

［13］Sullivan J F，Egoville M J，Konstance R P，et al.Storage stability of continuous explosion puffedpotatoes［J］.Food Science and Technology，1983，16（2）:76.

［14］毕金峰，魏益民.果蔬变温压差膨化干燥技术研究进展［J］.农业工程学报，2008，24（6）:308-312.

［15］Sullivan J F，Craig J C，Konstance R P，et al.Continuous explosion-puffing of apples ［J］.Journal of Food Science，1980，45（1）:1550-1555.